1、 1 1 引言引言 1.1 1.1 课题课题研究研究的目的的目的和意义和意义 基于单片机的 PLC 设计与实现课题的研究是依据应用开发中的实际要求提出来 的。当我们设计机电一体化产品或从事自动化装置设计时，常常会遇到要求设计出成 本极低，同时能完成较为复杂的逻辑控制的控制器的问题。可编程序控制器以其可靠 性能高、编程简单易学、维护方便等优点而广泛应用于工业控制中;单片机具备功能 多、结构紧凑、价格便宜等特点,在工业控制中也得到了广泛的应用。PLC 和单片机有 机地结合,就可实现单片机与 PLC 之间优势互补,在工业控制中可发挥更大的作用 1， 不仅可大大简化单片机系统的研制时间，实现复杂的逻辑
2、控制，性能得到保障，效益 也就有保证。 PLC 的突出优点是可靠性高、接口类型丰富、能适应各种复杂恶劣的工业环境， 另外 PLC 采用面向过程的编程语言，编程简单直观，易学易懂，使用灵活方便，工程 技术人员经过短期学习即能上手。同时也有不少缺点：有限的内存，编程优化调试比 较困难；产品多为进口，价格昂贵；针对性比较差。特别是当控制不太复杂的逻辑功 能，控制量不太大，控制要求不高同时环境条件尚佳时，它的优势就不能完全发挥出 来，而且会提高系统的成本。鉴此，根据可编程序控制器的实现原理和工作方式，设 计小型的 PLC 控制系统有很大的实际意义。 本论文借鉴 PLC 的实现方式和运行原理，利用性价比
3、比较高的 AT89S52 单片机设 计了了一种小型 PLC。 1.1.2 2 课题课题研究背景研究背景 近些年来,随着社会的迅速发展,科技的快速进步,可编程控制器(PLC)技术的发 展显得异常迅猛,PLC 技术在国内外已经广泛的应用于钢铁业、石油业、化工业、电力 业、建材业、机械设计制造业、汽车业、轻纺业、交通运输业、环保业等诸多领域 2。 目前 PLC 市场主要有美系、欧系、日系三大产系，200 多家公司生产制造，其中都是 三大产系为主的公司， 我国的 PLC 的研究与生产比较晚， 但是通过引进国外先进技术， 消化并吸收，近年来，我国的 PLC 市场发展的很快，市场前景被十分看好。但是，国
4、内的 PLC 仍然处于发展阶段，依然存在很多问题，与那些发达国家相比，我国 PLC 的 应用仍较为局限化，而那些应用 PLC 的企业，主要是一些国有大型企业，在其它中小 型企业中的应用比例比较低。PLC 技术主要靠引进，自主知识产权缺乏，与发达国家 相比，技术水平落后 5 年左右，国产化率低很难满足国内市场需求。目前，我国是世 界上经济发展比较快的国家之一，市场上新设备的控制需求、传统设备的技术升级、 换代对 PLC 的需求越来越大。另外随着工业设备不断地更新和发展，对 PLC 要求也越 来越高，在这样的形势下，我国可以抓住这一机遇，研制出具有自主知识产权，更满 足现代化工业用途的 PLC。
5、1.1.3 3 本课题主要研究内容本课题主要研究内容 该课题是以单片机为主控元件，根据 PLC 的接口特性，利用适当的外围器件，设 计一种 PLC 原理样机。该课题需要了解单片机的工作原理、有关外围接口芯片的工作 机理；电源电路设计、模拟数字电路处理；软件程序设计等知识。 设计具体内容分为以下几个方面： (1) 系统硬件电路设计以及单片机选型； (2) 系统软件设计； (3) 上位机软件设计以及上位机与下位机通信设计。 2 2 系统总体设计方案系统总体设计方案 2.1 PLC2.1 PLC 简介简介 2.1.1 PLC 基本特点 在可编程控制器(PLC)诞生之前，继电器控制在工业控制领域中占主
6、导地位。这 种由继电器构成的控制系统存在着明显的缺点：体积庞大、耗电多、可靠性能差、寿 命短、运行速度慢等，尤其是很难适应生产工艺系统多变性。与继电器控制相比，可 编程控制器具有以下一些特点 34： (1) 抗干扰能力强，可靠性高。可编程控制器主要是为工业控制而设计的，在其 设计及制造的过程中采取了多层次抗干扰的措施，使其能在恶劣的工业环境下正常工 作。而且，在 PLC 中由电子线路来完成继电器大量的开关动作，由程序来代替继电器 之间的连线，与继电器相比，PLC 大大的提高了使用寿命和可靠性，平均的无故障时 间甚至可达几十万个小时。 (2) 编程语言简单易学，容易掌握，便于普及。PLC 设备面向用户，考虑到现场 技术工作人员的特点，编程语言一般比较形象直观且容易掌握。目前，大部分的 PLC 仍然采用继电器控制形式的梯形图方式编程，梯形图语言编程元件的符号和表达方式 接近继电器控制电路原理，不需要专业的计算机知识，只需要具有一定的电工知识和 工艺知识的人员在较短的时间内都可以学会。 (3) 通用性强，控制程序可变。不同的对象用同一个可编程控制器控制时，只需
